一种钻井液用润湿反转抑制剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钻井液用润湿反转抑制剂及其制备方法，所述抑制剂升温分子结构如下式所示：其中，R为C4～C

【技术实现步骤摘要】
一种钻井液用润湿反转抑制剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于油田化学助剂领域，涉及钻井液用抑制剂，特别地，涉及一种钻井液用润湿反转抑制剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]在钻井工程中，分布在地层的水敏性黏土矿物在与钻井液接触后，极易发生水化膨胀和水化分散，从而导致井壁失稳、泥包钻头、缩径等井下复杂情况。在使用传统的水基钻井液进行钻井时，通常需要向钻井液中加入钻井液抑制剂来抑制黏土的水化作用。常规的钻井液抑制剂，如NaCl、KCl、HCOOK、聚丙烯酰胺钾盐(K-PAM)、聚丙烯腈铵盐、聚合醇和聚胺等，可以在一定程度上起到抑制黏土水化的作用。尤其是近年来研究较多的，被公认为是最佳的抑制剂产品。然而，聚胺主要的作用对象是已经被钻头切削成微小颗粒且已经分散到钻井液中的水敏性黏土矿物，而在现场施工的钻井液工程师更希望岩屑被切削后，通过固控设备快速地将其筛除，不给钻井液中的水敏性黏土矿物的水化留有充足时间。
[0003]文献《钻井液用低聚胺类页岩抑制剂的结构与性能》(钻井液与完井液，2014年，32(1)：26-29)合成了聚胺酸钠作为抑制剂，其作用机理与常规的聚胺抑制剂相似。该抑制剂是以胺基作为主要的吸附基团，醚键为次要的吸附基团。这种低聚胺可单层平铺在黏土层间，阻碍相邻黏土片层结构间距的扩大，即实现了抑制黏土水化的目的。
[0004]文献《聚有机硅胺强抑制剂LGA-1的室内研究》(断块油气田，2017年，24(2)：273-276)以乙烯基羟基硅油、二乙烯三胺、环氧乙烷和环氧丙烷为原料，合成分子中含有胺基、硅氧基或硅羟基、醚键等多功能基团的聚有机硅胺抑制剂LGA-1，其作用机理也是在常规的聚胺抑制剂中引入硅羟基，分子中的硅羟基与黏土表面的硅羟基发生缩合反应，从而在黏土表面形成疏水层，从而实现了阻止和减缓黏土表面水化的目的。在没有给出具体分子结构的基础上，虽然文献给出了该处理剂的红外光谱，证明分子中含有硅羟基，但没有给出分子中含有疏水基团的证据。从合成原料上看，也没有疏水基团引入的明显迹象。
[0005]中国专利CN106190062A提供的聚有机硅胺抑制剂分子中含有胺基和硅羟基，硅羟基可以与黏土表面的硅羟基发生缩聚反应，从而使抑制剂分子牢固地吸附在黏土表面；另外，该抑制剂可在黏土表面形成有效的疏水层，阻止和减缓黏土的水化膨胀。根据该专利给出的抑制剂的分子结构，未发现含有疏水基团，即便是分子链中的三个连续的亚甲基，其疏水性也是非常有限的，且该专利给出的实施例中也没有提供相应的分子具备疏水性的相关数据。
[0006]中国专利CN105086955A公开了一种水基钻井液用聚胺抑制剂及其制备方法，该抑制剂是以多胺基有机化合物和环氧氯丙烷为原料得到的一种聚胺抑制剂。页岩滚动回收率实验结果显示，在加量为1.0％的情况下，页岩的回收率大于90％，抗温可达180℃。该抑制剂为长链结构，分子链中分布的胺基和羟基作为吸附基团，可与黏土之间形成多点吸附。从分子结构上来看，该抑制剂属于传统的聚胺类抑制剂，与之不同的是，分子链中增加了羟基，即增加了分子链上吸附基团的数量。与胺基一样，羟基也属于弱吸附基团，虽然增加了
抑制剂分子的吸附位点，但没有提高吸附强度。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种钻井液用润湿反转抑制剂及其制备方法，该抑制剂水解后的Si—OH与水敏性黏土矿物表面的Si—OH发生缩聚反应，同时抑制剂分子结构中的疏水基团将改变水敏性黏土矿物的亲水性，即将黏土矿物表面由亲水转向疏水，阻碍水分子的侵入黏土矿物内部，从而实现了抑制水敏性黏土矿物水化作用的目的。
[0008]本专利技术的目的之一在于提供一种钻井液用润湿反转抑制剂，其分子结构如式(I)所示：
[0009][0010]在式(I)中，R为C4～C
18
的烷基；R1、R2和R3各自独立地选自烷基、烷氧基、含氧原子的烷氧基，且R1、R2和R3不同时为烷基，n为0～5的整数。
[0011]其中，本专利技术所述含氧原子的烷氧基为主链含有氧原子、末端为烷氧基的基团，也可以称之为多烷氧基醚烷氧基。
[0012]在一种优选的实施方式中，在式(I)中，R为C8～C
18
的烷基，优选为C
12
～C
18
的烷基。
[0013]在一种优选的实施方式中，在式(I)中，R1、R2和R3各自独立地选自C1～C3的烷基、C1～C5的烷氧基和含氧原子的C2～C8烷氧基，且R1、R2和R3不同时为C1～C3的烷基。
[0014]其中，当R1、R2和R3不同时为烷基时，式(I)所示分子结构中至少有一个Si与烷氧基或含氧原子的烷氧基相连，在碱性的钻井液中水解生成Si—OH，继而与水敏性黏土矿物表面的—OH发生缩聚反应生成Si—O—Si，使抑制剂分子在水敏性黏土矿物表面产生牢固的化学吸附。同时，式(I)所示分子结构中还含有长链烷基R，从而将黏土矿物表面由亲水转变为疏水，阻碍了钻井液中水分子侵入黏土矿物内部的进程，从而实现了抑制黏土矿物水化的目的。
[0015]在进一步优选的实施方式中，在式(I)中，R1、R2和R3各自独立地选自—CH3、—OCH3、—OCH2CH3、—OCH2CH2OCH3、—OCH2CH2OCH2CH2OCH3、且R1、R2和R3不同时为—CH3。
[0016]同时，当R1、R2和R3中有2个或3个均为烷氧基或含氧原子的烷氧基时，式(I)所示抑制剂的分子链末端就含有2个或3个硅氧键，类似于遥爪结构，提高了与黏土矿物的结合概率和吸附强度。
[0017]在一种优选的实施方式中，在式(I)中，n为0～3的整数。
[0018]在现有技术中，有涉及聚合物抑制剂的文献，所述聚合物抑制剂为无规聚合物，部分链段为侧链含N的聚合物，部分链段为侧链含硅氧烷的聚合物，其也可以用于钻井液抑制剂。但是，该类聚合物抑制剂是一种聚合物型包被抑制剂，其主要是通过包裹易水化黏土颗粒的方式，阻碍水分子侵入黏土颗粒的内部，从而实现抑制黏土水化的目的。其分子中引入了硅烷偶联剂链段即是增强抑制剂与黏土之间的吸附作用，起到提高高温条件下抑制剂的吸附稳定性的目的。
[0019]而本专利技术所述抑制剂属于小分子，而不是聚合物。该分子也可以吸附在黏土颗粒表面，起到阻碍水分子侵入黏土颗粒内部而导致黏土水化膨胀的目的，同样起到抑制黏土水化分散的目的。另外，由于其属于小分子，相比于聚合物类分子而言，则其分子体积是相对较小，所以其更有利于进入黏土的层间，占据水分子在黏土层间的吸附位点，即相当于把黏土层间的水分子排出来，这对于抑制黏土的水化膨胀是有利的。一般情况下，聚合物类的抑制剂则很难进入黏土层间，所有其抑制黏土水化膨胀的效果远不如小分子的抑制剂。而且，本专利所述抑制剂中含疏水基团，则是更有利于屏蔽水分子侵入黏土颗粒表面和层间，达到抑制黏土表面水化和渗透水化的目的。因此，更优于现有技术所述聚合物类抑制剂。
[0020]本专利技术目的之二在于提供本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井液用润湿反转抑制剂，其分子结构如式(I)所示：在式(I)中，R为C4～C
18
的烷基；R1、R2和R3各自独立地选自烷基、烷氧基、含氧原子的烷氧基，且R1、R2和R3不同时为烷基，n为0～5的整数。2.根据权利要求1所述的钻井液用润湿反转抑制剂，其特征在于，在式(I)中，R为C8～C
18
的烷基，优选为C
12
～C
18
的烷基；和/或R1、R2和R3各自独立地选自C1～C3的烷基、C1～C5的烷氧基和含氧原子的C2～C8烷氧基，且R1、R2和R3不同时为C1～C3的烷基；优选地，R1、R2和R3各自独立地选自—CH3、—OCH3、—OCH2CH3、—OCH2CH2OCH3、—OCH2CH2OCH2CH2OCH3，且R1、R2和R3不同时为—CH3。3.根据权利要求1或2所述的钻井液用润湿反转抑制剂，其特征在于，在式(I)中，n为0～3的整数。4.一种权利要求1～3之一所述的钻井液用润湿反转抑制剂的制备方法，包括以式(II)所示烷基化异氰酸酯和式(III)所示氨基硅烷偶联剂为原料，反应得到：R-N＝C＝C
ꢀꢀꢀ
式(II)；5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在式(II)中，R为C4～C
18
的烷基，优选为C8～C
18
的烷基，更优选为C
12
～C
18
的烷基。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，(III)中，R1、R2和R3各自独立地选自烷基、烷氧基、含氧原子的烷氧基，且R1、R2和R3不同时为烷基；优选地，R1、R2和R3各自独立地选自C1～C3的烷基、C1～C5的烷氧基和含氧原子的C2～C8烷氧基，且R1、R2和R3不同时为C1～C3的烷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚奇，赵向阳，唐文泉，祁尚义，高书阳，孔勇，李涛，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：